| 研究課題/領域番号 |
25390046
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 研究機関 | 独立行政法人理化学研究所 |
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研究代表者 |
石黒 亮輔 独立行政法人理化学研究所, 創発物性科学研究センター, 協力研究員 (40433312)
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| 研究分担者 |
柏谷 裕美 独立行政法人産業技術総合研究所, 計測フロンティア研究部門, 研究員 (60443181)
柏谷 聡 独立行政法人産業技術総合研究所, 電子光技術研究部門, 首席研究員 (40356770)
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| キーワード | ルテニウム酸化物 / カイラル超伝導体 / 収束イオンビーム / メゾスコピック超伝導 |
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| 研究概要 |
本研究の一番の目的であるカイラル超伝導体である微小Sr2RuO4結晶のエッジ電流の検証ためには、シングルカイラルドメイン状態を実現する必要がある。これまでのところ、十分な大きさのエッジ電流が観測されず、シングルドメインが実現しているにもかかわらずエッジ電流が見えないのか、超伝導がマルチカイラルドメイン状態でキャンセルがおきているのか確認する必要が出てきた。磁化曲線を詳細に解析することにより、
現在のところマルチドメイン状態になっていることを明らかにした。
また、サブミクロンサイズのSQUIDを実現するために、アルミのななめ蒸着法とICP-RIEを組み合わせた手法を開発した。これにより配線幅50nmSQUIDループサイズは500nmのものを実現した。
またSr2RuO4結晶とSQUIDの集積化デバイスを作成した場合に、Sr2RuO4のエッジに誘起される電流をSQUIDにて検出可能かどうかを、有限要素法による計算にてシミュレーションした。エッジ部分にMatsumoto-Sigristモデルに相当する電流が流れた場合には、３ミクロン角のSr2RuO4結晶と、同じく３ミクロン角のSQ!UIDを仮定した場合、Sr2RuO4とSQUID間隔がおよそ0.5ミクロンで0.2磁束量子程度の磁場のトラップが予想され、これは十分に実験で検出可能なことがわかった。よってエッジ電流がMatsumoto-Sigristモデルで記述できるならば、Sr2RuO4結晶とSQUIDの集積化デバイスによりカイラルｐ波対称性の検証が十分に可能であることを示した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
Sr2RuO4がマルチドメインかシングルドメインかを判別するための手法を確立し、今後のエッジ電流の評価に対して重要な進展があった。また観測のためのアルミSQUIDの開発に関しては、これまでななめ蒸着法のみを用いて行ってきたが、これにICP-RIEを組み合わせることにより配線幅を50nmループサイズを500nmまで小さくする手法を確立した。これにより、2μm×2μmの大きさの部分に４つのSQUIDを集積化して配置することも可能にした。このナノSQUIDの微小化と集積化はマルチドメイン状態であったとしてもエッジ電流による自発磁化の検証が可能になったと考えられる。
一方でFIBによるサンプルのさらなる微小化を行い、Sr2RuO4超伝導に転移しない状態を確認した。これはFIBによるダメージによりSr2RuO4の構造が変化したためだと考えられ、加工するべきサンプルサイズをしぼりこんだ。
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| 今後の研究の推進方策 |
エッジ電流によらない方法でマルチカイラルドメイン状態を確認する方法を確立したので
マルチドメインかどうかを確認しながらエッジ電流について検証を行う。特にナノSQUID配列を用いることで、サンプルに侵入する量子渦の位置も確認し、マルチドメイン状態で期待されるカイラルドメイン壁にトラップされる量子渦や、メゾスコピックサイズのカイラル超伝導体における量子磁束の状態も明らかにする。
また、サンプルの大きさを直径1.5μm程度にし真ん中に500nm程度の穴をあけた試料を作製し、内側と外側にできるエッジ電流のほか、横磁場をかけることでカイラル超伝導体にできる半整数量子渦可能性も同時に探る。穴あき試料の場合、エッジ電流による磁化の方向と磁束の向きが同じ場合と反対の場合で状況が異なるため、穴に量子化した磁束がトラップされる磁場が異なる。この磁束がトラップされる磁場の違いを調べることでもエッジ電流の検証を行う。量子磁束が穴にトラップされる磁場を特定するためには、穴あきのSr2RuO4に磁場を掛け常伝導状態から超伝導状態に冷やし低温でSQUID によってトラップされた磁化の測定を多数回繰り返す必要があり、サンプルのみを常伝導状態まで温度を上げるためにFIBによるカーボンデポジションによるサンプルヒーターを試料に追加する。
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| 次年度の研究費の使用計画 |
１．共同利用施設を利用したサンプル作製の予定が前後したため。（石黒担当分）
２．産前産後休業のため（柏谷裕美分）
１．共同利用施設の利用料として使用する。（石黒担当分）
２．産前産後休業を終え次第研究を再開する（柏谷裕美担当分）。
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